一种三维立体光谱成像系统的制作方法

文档序号:11102494阅读:974来源:国知局
一种三维立体光谱成像系统的制造方法与工艺

本发明涉及光谱成像技术领域,尤其涉及一种三维立体光谱成像系统。



背景技术:

立体成像是获取目标三维轮廓信息的有效方法,通过机载或星载空间立体相机的推扫完成,在遥感平台飞行过程中,空间CCD(Charge Coupled Device)立体相机获得地面目标在不同视角下的信息,利用同一轨道不同视角遥感影像或相邻轨道遥感影像对包含的深度视差信息,经计算机数字图像处理和立体成像运算,实现立体成像,但该技术仅有空间信息,没有光谱信息,无法完成对理化信息的分析,光谱成像技术是一类将成像技术和光谱技术相结合的新型多维信息获取技术,它能够获得被探测目标的二维空间信息和一维光谱信息,形成数据立方体。

为了同时获取目标的三维空间信息和光谱信息,近年来逐渐出现了利用激光雷达与高光谱成像仪获取数据进行融合的方法,但是由于成像机理、数据获取连续性(激光雷达)的差异,再加上机载平台飞行稳定性不足的特点,增加了不同平台获取数据的配准难度,使得多维数据融合处理精度与信息提取效率因此受到了较大的制约。因此迫切需要从数据采集源头入手,寻求一种将立体成像与高光谱成像数据一体化获取的方案。



技术实现要素:

本发明的目的是提供一种三维立体光谱成像系统,该系统能够同时获取探测目标的三维空间信息及光谱信息,从而实现多维信息的一体化获取。

一种三维立体光谱成像系统,所述系统包括前置镜、狭缝和光谱仪,其中:

所述前置镜包括正视前置镜、第一斜视前置镜和第二斜视前置镜,且三个前置镜共用一个光谱仪和探测器,其中:

所述第一斜视前置镜和所述第二斜视前置镜与所述正视前置镜存在27°夹角;

所述正视前置镜用于垂直对地成像,产生正视图;

所述第一斜视前置镜用于向前倾斜成像,产生前视图;

所述第二斜视前置镜用于向后倾斜成像,产生后视图;

所述前置镜将远处目标成像到一次像面的狭缝上,在狭缝板上形成三条平行的狭缝;

所述光谱仪包括两个曲面棱镜、三个反射镜和离轴校正镜,其中:

目标图像发出的光束由三条狭缝进入所述光谱仪后,三束光经过第一个曲面棱镜进行第一次色散,然后经过三个反射镜反射后再次入射到第二个曲面棱镜,进行第二次色散,再经过所述离轴校正镜校正后,最终被探测器阵列接收;

所述探测器阵列的行像元接收所述目标图像的空间信息,列像元接收所述目标图像的三组光谱信息。

所述系统还包括两块平面反射镜,用于将两块斜视前置镜的光路进行折转,使各视场主光线垂直于所述狭缝入射。

在所述平面反射镜的对应狭缝的光线特定区域镀制高反射膜层,且所述平面反射镜的其他位置及背面做消光处理。

在所述狭缝处还设置有杂光光阑,用于进行消杂光处理。

所述前置镜均为远心光路,用于实现前置镜和光谱仪的光瞳匹配。

三条狭缝的像在所述探测器阵列上沿光谱维展开,且色散开的光谱信息不相互重叠。

由上述本发明提供的技术方案可以看出,上述系统能够同时获取探测目标的三维空间信息及光谱信息,并有效降低系统整体的复杂程度和研制成本,适用于机载或星载设备,特别是满足载荷小型化的应用需求。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案,下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域的普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他附图。

图1为本发明实施例所提供三维立体光谱成像系统的结构示意图;

图2为本发明实施例所提供的前置镜结构示意图;

图3为本发明实施例所述形成的三条狭缝示意图。

具体实施方式

下面结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明的保护范围。

下面将结合附图对本发明实施例作进一步地详细描述,如图1所示为本发明实施例所提供三维立体光谱成像系统的结构示意图,所述系统包括前置镜1、狭缝2和光谱仪3,其中:

所述前置镜1包括正视前置镜、第一斜视前置镜和第二斜视前置镜,且三个前置镜共用一个光谱仪和探测器,其中:

如图2所示为本发明实施例所提供的前置镜结构示意图,所述第一斜视前置镜和所述第二斜视前置镜与所述正视前置镜均存在27°夹角,即其各视场主光线与狭缝夹角为27°;

所述正视前置镜用于垂直对地成像,产生正视图;

所述第一斜视前置镜用于向前倾斜成像,产生前视图;

所述第二斜视前置镜用于向后倾斜成像,产生后视图;

上述前置镜1将远处目标成像到一次像面的狭缝上,在狭缝板上形成三条平行的狭缝201,202和203,如图3所示为本发明实施例所述形成的三条狭缝示意图;

目标图像发出的光束由三条狭缝进入所述光谱仪;具体实现中,所述正视前置镜对应成像到中间的狭缝202,所述第一斜视前置镜对应成像到上面的狭缝201,所述第二斜视前置镜对应成像到下面的狭缝203;

所述光谱仪包括两个曲面棱镜、三个反射镜和离轴校正镜,参考图1,三个反射镜构成经典的Offner系统,两个曲面棱镜位于Offner系统的两臂,实现对光线的色散和像差矫正;三个反射镜用于折转光路和成像,离轴校正镜用于进一步校正系统畸变和其他残余像差;

目标图像发出的光束由三条狭缝进入所述光谱仪后,三束光经过第一个曲面棱镜进行第一次色散,然后经过三个反射镜反射后再次入射到第二个曲面棱镜,进行第二次色散,再经过所述离轴校正镜校正后,最终被探测器阵列接收;

所述探测器阵列的行像元接收所述目标图像的空间信息,列像元接收所述目标图像的三组光谱信息。上述三条狭缝的像在所述探测器阵列上沿光谱维展开,且色散开的光谱信息不相互重叠。

具体实现中,所述系统还可以包括两块平面反射镜,用于将两块斜视前置镜的光路进行折转,使各视场主光线垂直于狭缝入射。同时为了避免正视光路与斜视光路之间的光路混叠,在所述平面反射镜的对应狭缝的光线特定区域镀制高反射膜层,且所述平面反射镜的其他位置及背面做消光处理。

另外,为了避免光路中不经过平面反射镜而直接入射到狭缝处的光束造成杂光,在所述狭缝处还设置有杂光光阑,用于进行消杂光处理。

由于光谱仪是物方远心系统,故所述前置镜均为远心光路,用于实现前置镜和光谱仪的光瞳匹配。

进一步的,通过光学设计软件仿真得到上述光谱成像系统对三条狭缝成像分别在450nm、600nm和1000nm几种典型谱段的光学传递函数曲线,由所得到传递函数曲线可知:三条狭缝在所有典型谱段的MTF数值均接近衍射极限,成像系统成像质量良好。

值得注意的是,所提到的实施方式仅作为本发明技术方案的示例性说明,而不应解释为对本发明的限制,任何对本发明进行显而易见的局部更改都应视为本发明的替代方案,这种替代方案包括采用不同前置镜之间的夹角、选用不同类型的光谱仪等,这些更改和变化不脱离本发明的实质范围。

综上所述,本发明实施例所述系统具有如下优点:

1)采用三个前置镜和一个光谱仪的方案,不需要多个探测器和多个光谱仪,降低成本和研制难度;

2)避免杂光影响,在平面反射镜的对应狭缝的光线特定区域镀制高反射膜层,平面反射镜的其他位置及背面做消光处理,在狭缝处设置杂光光阑进行消杂光处理。

以上所述,仅为本发明较佳的具体实施方式,但本发明的保护范围并不局限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内,可轻易想到的变化或替换,都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此,本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

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